Dans le Guide du routard galactique de Douglas Adams, le narrateur dit :
Il existe une théorie selon laquelle si quelqu'un découvre un jour à quoi sert exactement l'Univers et pourquoi il est là, il disparaîtra instantanément et sera remplacé par quelque chose d'encore plus bizarre et inexplicable. Une autre théorie est mentionnée, qui affirme que cela s'est déjà produit.
Cette théorie décrit parfaitement les sciences naturelles. Lorsque nous pensons avoir compris quelque chose, nous commençons bientôt à voir les trous dans la théorie que nous avions ; de nouvelles choses peuvent être comprises à partir de là. Vers la fin du \( 19^e \) siècle, la même chose est arrivée à la physique, que les penseurs de l'époque croyaient "faite" et "achevée".
En \( 1897 \) , J. J. Thompson découvre que l'élément fondamental de tout, l'atome "indivisible", est en fait divisible : Il a remarqué des électrons. De nombreux autres scientifiques ont contribué et fait des observations sur toutes les particules subatomiques : protons, neutrons et électrons.
Pourquoi des atomes différents se comportent-ils différemment alors qu'ils sont constitués des mêmes trois composants ?
Pour savoir la réponse, veuille consulter ce résume de cours.
- Ce résumé de cours porte sur la composition d'un atome.
- Tout d'abord nous allons définir l'atome.
- Ensuite, nous examinerons la couche électronique.
- Nous allons explorer ensemble la composition du noyau d'un atome.
- Ensuite, nous verrons le schéma d'un atome.
- Nous examinerons la composition d'un atome A et Z.
- Nous aborderons la composition de l'atome de carbone et d'oxygène.
- Nous présenterons la représentation symbolique d'un atome.
- Nous verrons la composition de l'atome de fer et d'hydrogène.
- À la fin, tu devras être en mesure de répondre à la question importante suivante : Pourquoi des atomes différents se comportent-ils différemment alors qu'ils sont constitués des mêmes trois composants ?
C'est quoi un atome ?
Tout ce qui existe dans le monde entier est constitué de petites particules appelées atomes. Les atomes sont si petits que leur rayon n'est que de \( 0,1 nm \) , soit \( 100 000 000 \) fois plus petit qu'un centimètre ! Ces atomes sont en fait constitués de particules encore plus petites.
Les atomes sont les plus petites particules qui caractérisent encore un élément chimique. Les atomes ont deux parties : un noyau (construit à partir de protons et de neutrons) et une couche électronique contenant des électrons chargés négativement.
Couche électronique
La couche électronique contient les particules élémentaires chargées négativement, les électrons. Le nombre d'électrons dans la couche atomique est égal au nombre de protons dans le noyau.
On appelle la charge des électrons une charge élémentaire négative \( e- \) . Elle est exprimée en coulombs et correspond approximativement à \( e- = 1,6 \times 10^{-19} C \) .
La charge élémentaire négative est la raison pour laquelle la couche électronique est chargée négativement.
En outre, les protons et les neutrons sont environ \( 2000 \) fois plus lourds qu'un électron. Par conséquent, la masse des électrons présente peu d'influence sur la masse de l'atome entier.
Consulte le résumé de cours "Couche électronique" pour en savoir plus sur la façon dont les électrons sont disposés dans un atome.
Quelle est la composition du noyau d'un atome ?
Comme l'a découvert Ernest Rutherford, les atomes sont composés d'électrons chargés négativement qui gravitent autour d'une région très dense de charge positive. Cette région de charge est appelée noyau de l'atome et contient plus de \( 99,9 \% \) de la masse de l'atome.
Le noyau atomique est une région très dense de charge positive au centre de l'atome, composée de particules subatomiques appelées protons et neutrons.
Comme le noyau est chargé positivement, il produit une force électrostatique qui attire les électrons chargés négativement et les maintient liés à l'intérieur de l'atome.
De nombreuses propriétés du noyau déterminent les propriétés de l'atome dans son ensemble. Par exemple, la taille, la stabilité et la radioactivité d'un atome sont essentiellement déterminées par le noyau.
Structure et fonction du noyau
Contrairement aux électrons, qui sont des particules fondamentales, le noyau est composé de particules subatomiques plus petites appelées nucléons. Il existe deux types de nucléons, les protons et les neutrons ; les principales propriétés de ces particules subatomiques sont énumérées dans le tableau ci-dessous.
| Particule | Charge | Masse |
| Proton | \( +1,6 \times 10^{-19} C\) | \( 1,673 \times 10^{-27} Kg \) |
| Neutron | \( 0 \space C \) | \( 1,674 \times 10^{-27} Kg \) |
Comme on peut le constater, les protons sont la source de la charge positive du noyau, chaque proton ayant une charge égale mais opposée à celle d'un électron. Par conséquent, dans les atomes neutres, le nombre de protons dans le noyau est toujours égal au nombre d'électrons en orbite autour de l'atome.
Les atomes d'un même élément ayant le même numéro atomique mais un numéro de masse différent sont appelés isotopes. Isotopes - Atomes ayant le même nombre de protons dans leur noyau mais un nombre différent de neutrons. Comme les neutrons sont sans charge, les différents isotopes ont des propriétés chimiques équivalentes. Cependant, les différents isotopes peuvent avoir des propriétés radioactives différentes selon que le rapport entre les protons et les neutrons est stable ou non. Par exemple, le carbone 12 est complètement stable, mais le carbone 14 est un noyau radioactif.
Schéma d'un atome
L'organisation spécifique et le nombre des \( 3 \) petites particules dans un atome (à nouveau, les protons, les neutrons et les électrons) lui confèrent des propriétés chimiques uniques. Les protons et les neutrons (rouge et violet dans l'image ci-dessous) résident dans le minuscule noyau d'un atome, qui mesure environ \( 10^{-13} \space cm \) de diamètre.
Les protons portent une charge positive et les neutrons n'ont pas de charge ; ils ont tous deux une masse comparable. Les électrons (en vert clair dans l'image ci-dessous) portent une charge négative qui est égale à la charge positive provenant des protons. Ils ne résident pas dans le noyau mais gravitent autour de lui à une distance moyenne de \( 10^{-8} \space cm \) .
Fig.1- Structure de l'atome de lithium.
Un élément est caractérisé par le nombre de protons qu'il possède dans le noyau. Le nombre d'électrons et de protons est équilibré, ce qui indique que l'élément n'a pas de charge nette.
Si le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, on utilise le nom "atome".
Si le nombre d'électrons et de protons n'est pas équilibré (c'est-à-dire que l'atome a une charge nette), nous utilisons le nom "ion". Les ions positifs sont appelés cations et les ions négatifs sont appelés anions.
Composition d'un atome A et Z
Les atomes sont caractérisés par le nombre de protons et de neutrons dans leur noyau de la manière suivante. Le numéro atomique \( Z \) détermine l'élément auquel appartient un atome et est égal au nombre de protons dans le noyau. Le numéro de masse \( A \) donne le nombre total de nucléons, c'est-à-dire de protons et de neutrons, dans le noyau.
Le numéro atomique \( Z \) correspond au nombre de protons dans l'atome. Il nous indique à quel élément l'atome appartient.
Le nombre de masse \( A \) est le nombre total de protons et de neutrons dans l'atome.
- Nombre de neutrons = \( A - Z \)
Quelle est la composition de l'atome de carbone ?
L'atome de Carbone \( C \) possède \( 6 \) protons , \( 6 \) neutrons dans son noyau et \( 6 \) électrons dans son nuage électronique.
Fig.2- Composition de l'atome de carbone.
\( Z \) est le numéro atomique \( = 6 \)
\( N \) est le nombre de neutrons = \( 6 \)
$$ A = Z + N = 6 + 6 = 12 $$ .
Quelle est la composition de l'atome d'oxygène ?
Imaginons que l'on te demande de dessiner la structure atomique de l'oxygène. La première chose à faire est de chercher l'oxygène \( O \) dans le tableau périodique. L'oxygène est un élément du groupe \( VI \) . Il a un numéro atomique (Z) de \( 8 \) et un nombre de masse (A) de \( 16 \) .
L'oxygène \( 16 \) possède \( 8 \) protons, \( 8 \) neutrons et \( 8 \) électrons. En sachant cela, nous pouvons dessiner sa structure atomique !
Prenons un exemple !
L'oxygène a un numéro de masse de \( 16 \) et un numéro atomique de \( 8 \) . Dessine sa structure atomique.
Commençons par trouver le nombre de protons, de neutrons et d'électrons.
- $$ \text {Numéro atomique = nombre de protons = 8 } $$
- $$ \text {Nombre de protons = nombre d'électrons = 8 } $$
- $$ \text {Nombre de neutrons = Nombre de masse - Nombre atomique = 16 - 8 = 8} $$
Ainsi, notre structure atomique aura un noyau contenant \( 8 \) protons et \( 8 \) neutrons, et \( 8 \) électrons dans des couches.
Pour en savoir plus sur les enveloppes énergétiques, consulte le résumé de cours " Couche électronique" !
Représentation symbolique d'un atome
Le symbole d'un élément s'écrit avec deux chiffres différents à gauche \( _Z ^A X \) .
- \( X \) est le symbole de l'élément.
- Le chiffre du haut est le numéro de masse \( A \) qui correspond au nombre de nucléons (la somme du nombre total de protons et de neutrons).
- En bas se trouve le numéro atomique \( Z \) , qui correspond au nombre de protons pour un élément donné.
Prenons un exemple !
Quelle est la composition de l'atome de fer ?
L'atome de Fer (Fe) possède \( 26 \) protons et \( 30 \) neutrons dans son noyau.
Commençons par trouver le numéro atomique et le nombre de masse.
- $$ \text {Z = nombre de protons = 26} $$
- $$ \text {N = nombre de neutrons = 30} $$
- $$ \text {A = nombre de masse = nombre de nucléons = Z + N = 26 + 30 = 56} $$
La représentation symbolique de l'atome de Fer est :
Quelle est la composition de l'atome d'hydrogène ?
L'hydrogène existe sous forme de trois isotopes stables dans la nature, l'hydrogène 1 , l'hydrogène 2 ou deutérium et l'hydrogène 3 ou tritium.
- L’hydrogène 1 possède un proton et aucun neutron ;
- L’hydrogène 2 ou deutérium possède un proton et un neutron ;
- L’hydrogène 3 ou tritium possède un proton et deux neutrons.
Maintenant que tu connais mieux les bases de la structure atomique, tu es prêt à poursuivre votre voyage dans le monde de la structure atomique !
Composition d'un atome Points clés
- Les atomes sont les plus petites particules qui caractérisent encore un élément chimique. Les atomes ont deux parties : un noyau (construit à partir de protons et de neutrons) et une couche électronique contenant des électrons chargés négativement.
- La couche électronique contient les particules élémentaires chargées négativement, les électrons. Le nombre d'électrons dans la couche atomique est égal au nombre de protons dans le noyau.
- Le noyau atomique est une région très dense de charge positive au centre de l'atome, composée de particules subatomiques appelées protons et neutrons.
- Les neutrons peuvent varier en fonction de l'isotope dont on parle, mais cela ne nous concerne pas vraiment.
- Le numéro atomique \( Z \) correspond au nombre de protons dans l'atome. Il nous indique à quel élément l'atome appartient.
- Le nombre de masse \( A \) est le nombre total de protons et de neutrons dans l'atome.
- Nombre de neutrons = \( A - Z \)
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